Anschluss von Computern an biologische Hardware

Themenüberblick:Themenüberblick:

- Sehprothesen

- Innenohrprothese

- Steuerung von Gliedmaßen

2Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Sehprothesen

Es gibt 3 verschiedene Ansätze, umBlinden das Sehen zu ermöglichen:

- Retinaimplantat:• Das epiretinale Implantat• Das subretinale Implantat

- Gehirnimplantat

3Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Das epiretinale Implantat

Bei dem epiretinalen Implantat wird dasImplantat vor der Netzhaut angebracht

Bei diesem Ansatz • Sollen die Photorezeptoren durch eine

Minikamera ersetzt werden• Ein Neurocomputer das Bild in eine

Impulsfolge umwandeln• Die Nervenzellen im Auge stimuliert

werden

4Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Funktionsweise Epi-Retinaimplantat

5Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Schema Epi-Retinaimplantat

EmpfängerStimulations-elektronik

StimulationskontakteKamera-Chip

Sender

Retina-Encoder

6Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Reha beim Epi-Retinaimplantat

7Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Einsatz des Epi-Retinaimplantats

In Tests wurde nachgewiesen:

• Verträglichkeit: Langzeitstudie an einem Hund

• Stimulierbarkeit: Studie mit einer speziellen Sonde in Amerika an Freiwilligen

Anbringen des Implantats:• Durch chirurgischen Eingriff mit speziellem

Halter durchführbar• Routinemäßiger Eingriff

8Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Probleme des Epi-Retinaimplantats

- Derzeit wird Retina Encoder durch Großrechner realisiert um 100 Bild-Punkte zu stimulieren

- Fixierung des Implantats- Qualität des erkannten Bildes- Kosten hoch aber noch schwer

kalkulierbar; Übernahme Krankenkasse?

Forscher sind optimistisch

9Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Das subretinale Implantat

Das subretinale Implantat wird hinter der Netzhaut angebracht.

Das Implantat nutzt den intakten Teil des Auges und ersetzt lediglich die Photo-rezeptoren (Zapfen und Stäbchen) durch speziell zu entwickelnde Mikrophotodioden.

Diese wandeln das einfallende Licht in Spannungsimpulse um und leiten diese durch Elektroden an die Ganglienzellen weiter.

10Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Schema Sub-Retinaimplantat

Glaskörper

Gegenstand Auge Abbild auf Netzhaut

NetzhautSubretinales Implantat

Photo-rezeptoren

Ganglien-zellen

Amakrine Zellen, Bipolare Schaltzellen, Horizontalzellen

11Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Das Gehirnimplantat

Das Implantat besteht aus einer Mikrokamera, Minicomputer und einem Chip.

Der Chip wird direkt an der Oberfläche der visuellen Cortex implantiert. Der Chip ist mit 68 Platinelektroden ausgestattet.

12Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Schema Gehirnimplantat

ElektrodenKamera

zum/vom Computer

13Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Probleme des Gehirnimplantats

- Verletzungsgefahr- Sehr hohe Spannung zum Stimulieren

nötig Epilepsie- Restriktionen der Behörde für

Medikamente und Nahrungsmittel (FDA) medizinische Geräte ins Gehirn zu implantieren

14Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Themenüberblick

- Sehprothesen- Innenohrprothese

- Steuerung von Gliedmaßen

15Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Die Innenohr-Prothese

- Innenohrprothese = Cochlea-Implantat- Gehörlose können damit wieder hören- Erste routinemäßig eingesetzte

Sinnesprothese- wenig bekannt- 6000 Menschen in Deutschland tragen

das Implantat

16Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Aufbau des Cochlea-Implantats

Das Cochlea-Implantat besteht aus 2 Komponenten:

Der interne Teil

- Empfänger- Elektronik- Magnet - Feines Kabel mit 22

Stimulationselektroden

17Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Aufbau des Cochlea-Implantats

Der externe Teil:

- Sprachprozessor- Mikrophon- Sendespule

18Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Schema Cochlea-Implantat

19Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Themenüberblick

- Sehprothesen

- Innenohrprothese

- Steuerung von Gliedmaßen

20Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Steuerung von Gliedmaßen

Neuste Forschungsergebnisse:

- Affe bewegte Cursor mit Gedanken über den Bildschirm

- Affe steuert Roboterarm- nur wenige Elektroden nötig- Steuerung eines Cursors über

EEG Biofeedback

21Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Ziel der Forschungen

Prothesen:- mit dem Gehirn steuerbar- als Körperteil akzeptiert

Mensch-Maschine Schnittstelle:- Steuern des Computers- Sprachgenerator- Anschluss an andere Systeme

22Humanwissenschaftliche Aspekte der Informatik

Literaturverzeichnis

Sehprothesen:www.3sat.de/nano/serien/03867/ www.medizin.uni-koeln.de/kliniken/augenklinik/epi-ret3.htm

Cochlea-Implantat:www.ci-centrum.dewww.uni-regensburg.de/Fakultäten/Medizin/HNO

Steuerung von Gliedmaßen:www.heise.de/tp/deutsch/inhalt/lis/12084/1.htmlwww.hh.schule.de/ngb/hirn/hirn-pc.html

http://pvs.informatik.uni-heidelberg.de/Teaching/NTHR-03/ziegler.pdf